چگونه AMD EPYC چشم انداز سرورها را تغییر داد

بیش از یک سال از معرفی و عرضه اولین نسل از پردازنده‌های مخصوص سرور AMD EPYC می‌گذرد. پردازنده‌هایی که از پایه و اساس ساخته شده و هدف آنها تحریک بازار سرور بوده است.

معرفی EPYC

شرکت AMD خط تولید پردازنده‌های AMD را با هفت محصول از خانواده سری 7000 آغاز کرد. این پردازنده‌ها در نسل اولی بر اساس معماری 14 نانومتری و Zen ساخته شدند که درون چیپ اصلی آنها شاهد حضور چهار die هشت هسته‌ای از نوع Zeppelin هستیم. AMD کار خود را بسیار قدرتند با سری 7000 آغاز کرد. همانطور که اشاره شد این سری شامل هفت محصول است که در انواع مختلف مثل هشت هسته/ شانزده رشته تا 32 هسته/64 رشته خواهند بود. سرعت پایه این پردازنده‌ها نیز بین 2.7 گیگاهرتز تا 3.2 گیگاهرتز بودند. قیمت‌گذاری این محصولات بین 400 تا 2000 دلار بود. با پلتفرم جدید EPYC، شرکت AMD تمرکز زیادی روی ارائه چهار اصل داشت که به نظر آنها حضور این چهار اصل در بازار سرور کمرنگ بود یا اصلا وجود نداشت. از این چهار اصل به عنوان، پیکربندی منعطف، اکوسیستم باز، پلتفرم سازی بهینه سازی شده برای بار‌های کاری مدرن و کاهش هزینه خرید یاد شده است.

ویژگی‌های پردازنده‌های خانواده EPYC 7000 به شرح زیر است:

• پشتیبانی از 32 هسته Zen با عملکرد بالا
• پشتیبانی از یک یا دو سوکت
• هشت کانال حافظه DDR4 به ازای هر پردازنده
• حداکثر 2 ترابایت حافظه رم به ازای هر پردازنده
• استفاده از تکنولوژی Infinity Fabric برای اتصال داخلی die-to-die و socket-to-socket
• 128 خط PCIe
• زیر سیستم امنیتی اختصاصی که از Secure Memory Encryption (رمزگذاری امن حافظه) استفاده می‌کند که برای حفاظت از ماشین‌های مجازی طراحی شده
• چیپست‌ داخلی
• سوکت سازگار با نسل بعد از پردازنده‌های EPYC

حقیقت این است که پردازنده‌های AMD EPYC با پشتیبانی از دو ترابایت حافظه رم DDR4 در هشت کانال و 128 خط PCIe به این معنی است که این پلتفرم بیشتر از دو و نیم برابر تراکم ورودی و خروجی نسب به پردازنده‌های Intel Xeon SP ارائه می‌کند.

در نهایت یک پردازنده تک سوکت حقیقی برای سرور عرضه شد

در حالی که نکات بسیار زیادی برای هیجان زده شدن توسط AMD EPYC وجود دارد اما یک ویژگی باعث شد تا نظر کل مشتریان بازار سرور و اینترپرایز به سمت پردازنده‌های EPYC جلب شود. این پردازنده از یک سوکت پشتیبانی می‌کند. قبل از ارائه پردازنده‌های EPYC، اگر به دنبال استفاده از یک پردازنده با ویژگی‌های کامل و عملکرد بالا در پیکربندی تک سوکته بودید، هیچ شانسی وجود نداشت. حقیقتا این تصمیم AMD، یک تصمی بسیار شجاعانه و بزرگ بود. در حقیقت این تصمیم بدین معنی بود که یک مشتری سرور دیگر مجبور نبود که سروری با دو سوکت خریداری کند در حالی که به آن نیاز ندارد چون یک سری از محدودیت‌های مجازی در پهنای باند حافظه و ورودی و خروجی پردازنده‌های اینتل وجود داشت که این شرایط را دیکته می‌کرد. حالا دیگر خریدار می‌تواند به راحتی انتخاب کند که چند سوکت و پردازنده می‌تواند نیاز‌های او بر طبق بارکاری برطرف کند. بدین ترتیب خریدار دیگر ریسکی را برای خرید سرور انجام نمی‌داد و در کنار آن مزیت‌هایی مثل مصرف برق کمتر و کاهش هزینه نیز خودنمایی می‌کرد. اگر بار کاری شما صرفا به یک سوکت پردازنده نیاز داشت، واقعا دلیل منطقی برای خرید سوکت دوم برای رسیدن به پهنای باند مورد نظر و ورودی و خروجی مشاهده نمی‌شد.

مزیت‌های AMD EPYC

در ابتدا باید یک مثال را به شما توضیح دهیم که چگونه حافظه و دستگاه‌های ذخیره‌سازی در فضای اینترپرایز با یک دیگر همگام شدند و پردازنده‌های EPYC به خوبی از این فرصت بهره گرفته است. این پردازنده‌های مخصوص سرور، دارای هشت کانال حافظه و 128 خط PCIe است. این بدان معنی است که سرور‌هایی که از AMD EPYC استفاده می‌کنند می‌توانند از حافظه بسیار بیشتری نسبت به سرور‌هایی که از پردازنده Intel Xeon بهره می‌برند، استفاده کنند. در کنار آن نیز نیازی به سویچ کردن PCI برای استفاده از دستگاه‌های ذخیره‌سازی مدرن NVMe نیست. همه این موادر باعث می‌شود که میزان حافظه بیشتری به ازای هر هسته در اختیار سرور قرار گیرد. انتخاب یک سوکت برای بارهای کاری خاص می‌تواند باعث شود که مشتری میزان زیادی و حتی بالای هزار دلار در هزینه صرفه جویی کند. به عنوان مثال صدور مجوز برای VMware vSphere بر اساس تعداد پردازنده‌های حاضر در سیستم انجام می‌شود و باندل‌های مخصوص برای استفاده از سیستم‌های تک سوکته وجود دارد. بدین صورت که یک سیستم که شامل یک سوکت می‌شود می‌تواند برای صدور مجوز VMware بیش از 7600 دلار در هزینه vSAN و vSphere صرفه جویی کند. این میزان صرفه جویی برای کلاستر‌هایی که شامل سه Node هستند به بیش از 22 هزار دلار می‌رسد.

تمامی این صرفه جویی در هزینه صرفا به خاطر تبدیل ساختار دو سوکته به تک سوکته است. البته کاهش هزینه در زمینه مصرف انرژی و کاهش هزینه در زمینه خنک سازی سرور‌ها به صورت جداگانه است که نمی‌توان به صورت مستقیم آنها را اندازه گیری کرد. وقتی صحبت از مجازی سازی و فضای ابری می‌شود، پردازنده‌های EPYC می‌توانند عملکرد بسیار مشابه به پردازنده‌های 28 هسته‌ای Intel Xeon ارائه کنند در حالی که مصرف آنها کمتر است.

یکی دیگر از زمینه‌هایی که AMD معتقد است که EPYC در آن تغییر ایجاد خواهد کرد، پشتیبانی از رمزگذاری حافظه خواهد بود. البته فقط نه این ویژگی بلکه این پردازنده‌ها قدرت انجام اینکار را بدون کاهش قدرت عملکرد و نیاز به نرم‌افزار خاص انجام می‌دهند. این نسل از پردازنده مخصوص سرور تمام این عملیات رمزگذاری را در پس زمینه سیستم انجام می‌دهد و نیازی به هیچ تغییر در کد ندارد. سران AMD در مصاحبه‌های مختلف بارها تاکید کردند که امنیت مشتریان برای آنها از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است، مخصوصا وقتی که صحبت از مجازی سازی به میان می‌آید. این مشتریان صرفا خواهان این ویژگی‌های امنیتی نیستند بلکه به آنها قطعا نیاز دارند. از نظر AMD رمزگذاری حافظه در آینده به امری طبیعی تبدیل خواهد شد. باید اشاره کرد که پردازنده‌های AMD به هیچ عنوان در مقابل رقیب خود دست به عصا نیستند. اینکه شما مدل 400 دلاری را انتخاب کردید یا قصد خرید محصول 4000 دلاری را دارید، EPYC قدرت رقابت بسیار خوبی با پردازنده‌های Xeon دارد و در بسیاری از تست‌ها نیز می‌تواند به راحتی آنها را شکست دهد. این قدرت حتی در چیپ‌های جدید Intel Skylake هم مشاهده می‌شود که محصولات EPYC می‌توانند 15 درصد بهتر عمل کنند. این میزان عملکرد بهبود یافته در محصولات با قیمت پایین‌تر یعنی 400 تا 800 دلار حتی به 56 درصد اختلاف می‌رسد.

این اختلاف در زمینه عملکرد قابل انکار نیست. نکته جالب در مورد پردازنده‌های AMD EPYC این است که توانسته بازار سرور را کمی تکان دهد. در بخش اینترپرایز ایجاد دیگر به خاطر استفاده از یک محصول یا برند جدید کار آسانی نیست و محبوب‌ شدن استفاده از AMD EPYC نشان می‌دهد که این پردازنده‌ها رقیب بسیار جدی برای Xeon خواهد بود. لیست بلند بالای پیروزی EPYC در گرفتن مشتری‌های بزرگی در زمینه پردازش و فضای ابری مثل Microsoft، Baidu، Packet و سازندگان بزرگی مثل Dell EMC، HPE، Cray و Cisco نشان دهنده سیاست گذاری و تصمیم‌های درست AMD در این زمینه است. بازاری که بدون شک سال‌های سال است که توسط Intel تسخیر شده و هیچ رقیب جدی تا کنون برای آنها وجود نداشت.

گسترش EPYC

البته AMD در ادامه موفقیت‌ها خود بیکار نماند و در سال 2018 تلاش کرد تا خط تولید پردازنده‌های EPYC را گسترش دهد. در ماه فوریه سال 2018 هشت پردازنده جدید از سری EPYC با نام خانواده 300 عرضه شدند. این پردازنده‌ها که نسبتا مدل ضعیف‌تر نسبت به سری 7000 بود می‌توانست پردازنده‌ای با مصرف بسیار کم 35 واتی را همراه با چهار هسته و چهار رشته عرضه کند. بهترین پردازنده این خانواده نیز شامل 16 هسته و 32 رشته بود که با مصرف 100 وات برای انجام پردازش‌های پیچیده روی داده‌ها طراحی شده بود. پردازنده های مخصوص اینترپرایز این سری دارای مشخصات زیر بودند:

• حداکثر شانزده هسته x86 با استفاده از معماری Zen
• قابلیت اعتماد، دسترسی و سرویس دهی در سطح اینترپرایز
• حداکثر 32 مگابایت حافظه کش L3 به صورت اشتراکی
• حداکثر سرعت فرکانس بوست 3.1 گیگاهرتز
• استفاده از حداکثر چهار کانال حافظه
• استفاده از حداکثر 64 خط PCIe نسل سوم
• استفاده از هشت اتصال شبکه با سرعت 10Gb
• استفاده از حداکثر 16 کانال SATA یا NVMe
• قابلیت استفاده تا ده سال

این خط تولید در همان ابتدا بسیار قدرتمند ظاهر شد. تقریبا AMD توانست در همه زمینه ها مثل ارائه قدرت، عملکرد مناسب و قیمت قابل قبول به خوبی عمل کند و به همین خاطر فشار روی Intel ادامه پیدا کرد. حتی در زمینه مقایسه این پردازنده‌ها با نسل جدید Intel Skylake، پردازنده‌های EPYC از لحاظ قیمت به ازای عملکرد بهتر عمل می‌کردند. به عنوان مثال پردازنده EPYC Embedded 3451 تنها 800 دلار قیمت داشت در حالی که رقیب آن Xeon D-2191 با قیمتی بیش از 2400 دلار به فروش می‌رسید. سری 3000 پردازنده‌های EPYC، حرف‌های بسیار بیشتری برای گفتن داشت. حرفای بیشتری در زمینه تعداد هسته‌های بیشتر، کش بالاتر، ظرفیت حافظه بیشتر، سرعت حافظه بالاتر، تعداد خطوط PCIe و پشتیبانی از شبکه 10Gb همه در حالی وجود داشتند که شما هزینه مشابه یا کمتر نسبت به پردازنده‌های اینتل پرداخت می‌کردید. به نظر AMD به ساختاری بر اساس مقیاس بیشتر، توسعه بیشتر و پهنای باند بیشتر اعتقاد بسیار راسخی داشت.

همکاری بسیار نزدیک AMD با HPE

یکی از همکاران بسیار نزدیک AMD که سابقه همکاری بسیار زیادی با یکدیگر دارند، شرکت HPE است. این دو شرکت همکاری بسیار نزدیکی با یکدیگر دارند تا بتوانند نیاز‌های بار‌های کاری مختلف در اینترپرایز را برطرف کنند. آخرین محصولات عرضه شده در این همکاری استفاده از دو پردازنده سری EPYC 7000 در سرور HPE ProLiant DL385 Gen10 و HPE ProLiant DL325 Gen10 بوده است.  سرور DL385 Gen10 از پایه بر اساس نیاز‌های مجازی سازی و بارهای کاری بر اساس حافظه طراحی شده بود. این سرور می‌تواند 64 هسته فیزیکی، 32 شکاف حافظه با حداکثر 4 ترابایت حافظه ارائه کند. در کنار آن قابلیت استفاده از 24 دستگاه ذخیره‌سازی مدرن NVMe وجود داشت. البته همانطور که اشاره شد این پردازنده از سیستم رمزگذاری حافظه SME و رمزگذاری مجازی سازی SEV پشتیبانی می‌کند که قابلیت‌هایی مثل Secure Root of Trust، Secure Run و Secure Move را ارائه می‌کرد. این سرور‌ها در دانشگاه نتردام برای مرکز تحقیقات کامپیوتری مورد استفاده قرار می‌گیرد. این مرکز تحقیقات کامپیوتری پروژه‌هایی در دست دارد که نیاز به پردازش‌های بسیار سنگین HPC را در نظر دارد. دستیار مدیر تحقیقات کامپیوتری نتردام Paul Brenner در این مورد گفت:« سرور‌های ساخته شده توسط AMD و HPE به ما عملکرد مورد نیاز برای تحلیل‌های بسیار بزرگ را فراهم کرد. بسیاری از این برنامه‌ها به حافظه حساسیت بسیار بالایی دارند. این سیستم‌ها به ما یک معماری بسیار خوب ارائه کردند که بر اساس آنها ما می‌توانستیم محاسبات با عملکرد بالا و حافظه زیاد را انجام دهیم در حالی که عملکرد ما بین حافظه و هسته‌های پردازشی به خوبی پیاده‌سازی شده بود. ما حس می‌کنیم که میزان عملکرد به ازای هزینه بسیار قابل توجه بود و به همین خاطر از سرور ساخته شده توسط AMD و HPE استفاده کردیم. این عملکرد که به صورت تئوری ارائه شده بود توانست در برنامه‌های مختلف به صورت عملی خود را کاملا نمایش دهد.»

تمرکز بالا

یکی از چالش‌های روبروی AMD برای ورود دوباره به بازار سرور این بود که آنها نباید اشتباهات گذشته را تکرار می‌کردند. Forrest Norrod مدیر بخش اینترپرایز، Embedded و گروه‌های تقیبا شخصی سازی شده شرکت AMD، تقریبا مشخص شده بود که AMD از اشتباهات گذشته خود در بازار سرور به خوبی مطلع است و آنها تمام تلاش خود را خواهند کرد تا اعتماد از دست رفته را بازیابی کنند. ساختار، پیاده سازی و البته عرضه محصولات EPYC به گونه‌ای خواهد بود که AMD حضور دائمی در این بازار بسیار دشوار داشته باشد. بر اساس صحبت‌های Norrod، شرکت AMD قصد دارد تا برنامه‌ای بلند مدت را در نظر داشته باشد که پیاده‌سازی برنامه‌ها را آسان تر کند. این کار تا حدی پیش می‌رود که آنها تیم‌های توسعه‌ای دارند که به صورت همزمان روی ساخت چهار نسل از معماری‌های جدید فعالیت می‌کنند. یکی از این معماری‌ها که تقریبا حالا کار خود را رسما آغاز کرده، معماری هفت نانومتری Zen 2 است. البته AMD این برنامه را تا Zen5 گسترش داده است و به نظر عرضه معماری Zen و موفقیت آن صرفا یک اتفاق نبوده است بلکه آنها از قبل یک برنامه بلند مدت و چندین ساله را در نظر داشتند که نتیجه آن ارائه محصولات موفق، مقرون به صرفه و البته قدرتمند بوده که توانسته نظر مثبت بازار اینترپرایز و البته کامپیوتر‌های خانگی را در بر داشته باشد. این شرکت البته به برنامه‌ای بدون مصالحه تاکید دارد که بر اساس آنها سرور‌های تک یا دو سوکت طراحی خواهند شد که محدودیت‌های ورودی و خروجی، پهنای باند حافظه و عملکرد وجود نخواهد داشت. بدین ترتیب همانطور که اشاره شد مشتری برای خرید دیگر با محدودیت مواجه نشده و می‌تواند ساختار سرور را بر اساس نیاز‌های خود پیاده‌سازی کند. در کنار آن خریدار می‌تواند از مزیت‌هایی مثل کاهش مصرف استفاده کند.  البته اینکه AMD توجه بسیار زیادی به یک سوکت دارد دلیل بر آن نیست که آنها بازار دو سوکت را راها کردند. پیام AMD این است که آنها با توجه نیاز‌های موجود در بازار برای سرورهای دو سوکت در آینده برنامه‌های بسیار زیادی دارند. البته شاید سوال بزرگتر این باشد که آیا AMD EPYC برنامه‌ای برای چهار سوکت یا بیشتر دارد؟ آیا ایده‌ای برای گسترش طرح AMD وجود دارد؟ وقتی این سوال مطرح شد پاسخ AMD فعلا “خیر” بود. نه تنها این سطح از مقیاس گذاری باعث ایجاد خرابی بیشتر می‌شود بلکه محدودیت‌هایی از لحاظ زمان مورد نیاز برای تایید سخت‌افزار وجود دارد. در حال حاضر AMD تمرکز بسیار بالایی برای ساخت و عرضه محصولات دو یا تک سوکت دارد. آنها فعلا بازار موجود در سوکت‌های بالاتر را به رقیب واگذار کردند.

آینده

سوال بزرگ این است که چه چیزی در آینده انتظار مشتریان سرور را می‌کشد؟ خب، همانطور که تصور می‌کنید، در حالی که مسئولان AMD در مورد برنامه‌های حال حاضر خود بسیار راحت صحبت می‌کنند اما در مورد برنامه‌های آینده چندان روشن سخن نمی گویند. آنها تلاش می‌کنند تا برنامه‌ها و تصمیم‌های خود را مخفی نگه دارند. گرچه برخی از برنامه‌های AMD برای آینده سرور‌ها تقریبا مشخص شده است.

• ماژول‌های چند چیپ که از قابلیت‌های انعطاف پذیری بالایی برخودارند به خصوص وقتی که از کلاس حافظه در حد Storage صحبت می‌کنیم
• انتقال از حافظه‌های LRDIMM به RDMIMM که می‌تواند باعث افزایش تراکم و حجم شود. در کنار آن نیز شاهد افزایش عملکرد و کاهش مصرف خواهیم بود. (سامسونگ حافظه‌های 16 گیگابایتی بر اساس 256 گیگابایت RDIMM را طراحی کرده که با استفاده از آن شاهد افزایش حجم حافظه سرور‌های دو پردازنده به هشت ترابایت خواهیم بود.)
• نسل آینده با استفاده از معماری هفت نانومتری، هسته‌های فیزیکی بسیار بیشتری را ارائه خواهد کرد. این پردازنده‌ها همانطور که در حال حاضر می‌دانیم دارای 64 هسته بر اساس معماری Zen 2 هستند. نام رمز این پردازنده‌ها قبلا Rome بود.
• استفاده و بهره برداری از حافظه‌های DDR5 در برنامه بلند مدت AMD قرار دارد. حافظه‌هایی که بدون شک دو برابر سریع‌تر از نسل فعلی یعنی DDR4 فعالیت خواهند کرد.
• افزایش حجم و تراکم بسیار زیاد NVMe. به نظر حجم این دستگاه‌های ذخیره‌سازی در چند سال آینده، هر سال حداقل دو برابر خواهد شد.
• بازار سرور‌ها در آینده بسیار ناهمگون خواهد شد. در آینده استفاده بیشتری از شتاب دهنده‌ها و پردانده‌های گرافیکی خواهد شد.